Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экологическая безопасность производства (по отраслям). В 2 частях. Ч.1. Учебное пособие.pdf
Очистка газа в мокрых пылеуловителях
По сравнению с сухими пылеуловителями мокрые пылеуловители
имеют как преимущества, так и недостатки.
Преимуществами мокрых пылеуловителей являются:
– невысокая стоимость и более высокая эффективность очистки;
– возможность использования для очистки газов от частиц размером
до 0,1 мкм;
– возможность наряду с пылью одновременно улавливать парообраз-
ные и газообразные компоненты.
К недостаткам мокрых пылеуловителей относятся:
– выделение уловленной пыли в виде шлама, что вызывает необходи-
мость обработки сточных вод;
– возможность уноса капель жидкости и осаждение их с пылью в га-
зоходах;
– в случае очистки агрессивных газов требуется защита аппаратуры
и трубопроводов антикоррозионными материалами.
В мокрых пылеуловителях в качестве орошающей жидкости чаще
всего используется вода.
Полые газопромыватели. Наиболее распространены полые форсуночные скрубберы (рис. 9). Они представляют собой корпус круглого или
прямоугольного сечения, в котором происходит контакт между газом
и каплями жидкости. По направлению движения газа и жидкости полые
скрубберы делят на противоточные и с поперечным подводом жидкости.
Форсунки устанавливают в колонне в одном или нескольких сечениях,
иногда рядами до 14–16 в каждом сечении, иногда только по оси аппарата.
Скрубберы характеризуются высокой степенью очистки частиц пыли
ч = 10 мкм и малоэффективны при диаметре частиц меньше 5 мкм. Отношение высоты скруббера к диаметру примерно равно 2,5. Диаметр
скруббера рассчитывают по уравнению расхода. При этом удельный расход жидкости выбирают в пределах 0,5–8 м3/м3 газа.
31
Рис. 9. Полый форсуночный скруббер:
1 – корпус; 2 – газораспределительная решетка; 3 – форсунки
Насадочные газопромыватели представляют собой колонны, в которые загружена насадка навалом или правильно уложена. Их целесообразно использовать для улавливания хорошо смачиваемой пыли при невысокой ее концентрации. Для них характерна частая забивка насадки, поэтому применяют их редко. Наиболее распространены газопромыватели
с подвижной насадкой (рис. 10).
Рис. 10. Газопромыватель с подвижной насадкой:
1 – опорная решетка; 2 – шаровая насадка; 3 – ограничительная решетка;
4 – оросительное устройство; 5 – брызгоуловитель
32
В качестве насадки применяют шары из полимерных материалов,
стекла или пористой резины. При этом плотность шаров насадки не должна быть больше плотности жидкости.
Газопромыватели ударно-инерционного действия. В этих аппара-
тах контакт газов с жидкостью происходит вследствие удара газового потока о поверхность жидкости. После этого образовавшаяся газожидкостная взвесь пропускается через отверстия различной формы или непосредственно отводится в сепаратор жидкой фазы. В результате такого взаимодействия образуются капли диаметром 300–400 мкм. Газ с большой скоростью направляется в корпус газопромывателя. В результате удара о слой
жидкости при повороте на 180° происходит инерционное осаждение частиц пыли на каплях жидкости.
Высокой эффективностью улавливания характеризуется скруббер Дойля (рис. 11). В нижней части входной трубы закреплен конус для увеличения
скорости выходящего газа. В кольцевой щели скорость газа равна 35–55 м/с.
При ударе газа о поверхность жидкости создается газожидкостная взвесь.
Рис. 11. Скруббер Дойля:
1 – труба; 2 – конус; 3 – перегородки
В сепарационной зоне корпуса капли жидкости отделяются от газа
и направляются в слой жидкости. Шлам отводится из нижней части корпуса.
33
Улавливание туманов
Туманы образуются вследствие термической конденсации паров или
в результате химического взаимодействия веществ, находящихся в аэродисперсной системе. Образование туманов характерно для производства
серной кислоты, термической фосфорной кислоты, конденсирования различных кислот и солей, испарения масел.
Туманы улавливают с помощью волокнистых и сеточных фильтров,
так называемых туманоуловителей и мокрых электрофильтров. Эти аппараты аналогичны типовым конструкциям соответствующих фильтров. Абсорбционные методы очистки отходящих газов применяют для очистки
газов от диоксида серы, сероводорода, сероуглерода и меркаптанов, оксидов азота, окиси углерода и т. д. При абсорбции происходит взаимодействие между газом и раствором, в котором содержится вещество, взаимодействующее с этим газом. Иногда растворяющийся газ реагирует непосредственно с самим растворителем.
1.5. ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД
Вода играет решающую роль во многих процессах, протекающих в природе, и в обеспечении жизни человека. В промышленности воду используют как сырье и источник энергии, хладагент, растворитель, экстрагент,
для транспортирования сырья и материалов. Общее количество воды на
Земле составляет 1386 млн км3. В основном (более 97,5 %) это соленые
воды. Количество пресной воды – 35 млн км3. Однако подавляющая часть
пресной воды является труднодоступной, так как она находится в полярных льдах и водоносных слоях под землей.
Природная вода – это вода, которая качественно и количественно
формируется под влиянием естественных процессов при отсутствии антропогенного воздействия. Вследствие антропогенного воздействия природная вода загрязняется различными веществами, что приводит к ухуд-
34
шению ее качества. Природная вода, подвергаемая антропогенному загрязнению, называется денатурированной или природно-антропогенной.
В случае необходимости перед использованием воды в промышленности ее
очищают в соответствии с требованиями конкретного производства. По целевому назначению различают охлаждающую, технологическую и энергетическую воду. Вода часто служит для охлаждения жидких и газообразных
продуктов в теплообменных аппаратах. В этом случае она не соприкасается
с материальными потоками и не загрязняется, а лишь нагревается. В промышленности 65–80 % расхода воды потребляется для охлаждения.
Различают средообразующую, промывную и реакционную технологическую воду. Средообразующая вода используется для растворения
и образования пульп, при обогащении и переработке руд, гидротранспорте
продуктов и отходов производства. Промывная вода используется для
промывки газообразных (абсорбция), жидких (экстракция) и твердых продуктов и изделий. Реакционная вода применяется в составе реагентов,
а также при азеотропной отгонке и аналогичных процессах. Технологическая вода непосредственно контактирует с продуктами и технологическим
оборудованием.
Энергетическую воду применяют для получения пара и нагревания
оборудования, помещений, продуктов. Путем создания оборотных и замкнутых систем водоснабжения представляется возможным уменьшить
потребление свежей воды. При оборотном водоснабжении следует предусмотреть необходимую очистку воды, охлаждение оборотной воды, обработку и повторное использование сточной воды.
Различают следующие схемы оборотного водоснабжения:
– с охлаждением воды;
– очисткой воды;
– очисткой и охлаждением.
Технологическая вода характеризуется определенным качеством.
Под качеством воды понимается совокупность физических, химических,
35
биологических и бактериологических показателей, которые обусловливают ее пригодность для использования в промышленном производстве. Качество воды, используемой в производстве, устанавливается в зависимости от ее назначения и требований технологического процесса. При этом
учитывается состав используемого сырья, применяемое оборудование
и особенности готового продукта производства.
Сточная вода – это вода, бывшая в бытовом, производственном или
сельскохозяйственном употреблении, а также прошедшая через какуюлибо загрязненную территорию.
В зависимости от условий образования сточные воды делятся на производственные, хозяйственно-бытовые и атмосферные (или поверхностные).
Хозяйственно-бытовые сточные воды – это стоки душевых, бань, прачечных, столовых и др. Они содержат примеси, из которых примерно половина – это органические вещества и 42 % минеральные. Атмосферные сточные
воды – это воды, которые образуются в результате выпадения атмосферных
осадков и стекают с территорий предприятий. Данные воды содержат как
органические, так и минеральные примеси. Производственные сточные воды – это жидкие отходы, возникающие при добыче и переработке органического и неорганического сырья. Количество и состав сточных вод определяются видом производства. По степени агрессивности производственные сточные воды делят на слабоагрессивные (слабокислые с pH = 6–5,6
и слабощелочные с pH = 8–9), сильноагрессивные (сильнокислые с pH < 6
и сильнощелочные с pH > 9) и неагрессивные (с pH = 5,6–8).
Существует несколько способов уменьшения количества загрязненных сточных вод:
– разработка и внедрение безводных технологических процессов;
– усовершенствование существующих технологических процессов;
– разработка и внедрение совершенного оборудования;
– внедрение аппаратов воздушного охлаждения;
– повторное использование очищенных сточных вод в оборотных и за-
мкнутых системах.
36
Водообеспечение промышленных предприятий
Предприятия химической промышленности потребляют большое количество воды. При этом значительная часть воды расходуется на охлаждение и конденсацию материальных потоков. Оставшееся количество
воды используется в качестве растворителя или в виде пара. Вода применяется также в качестве реагента химических реакций.
Различают следующие способы улучшения обеспечения промышленных предприятий водой:
– создание технологий с минимальным потреблением и малым образованием сточных вод либо полное исключение воды из технологических
операций;
– разработка локальных установок очистки сточных вод отдельных
производств, которые обеспечивают улавливание из них и утилизацию
ценных веществ, а также подготовку очищенной воды к повторному применению;
– создание замкнутых водооборотных систем, которые включают сбор
и использование очищенных сточных вод.
Существенно снижается водопотребление в случае замены водяного
охлаждения воздушным. К водяному охлаждению следует прибегать только
в случаях невозможности применения воздушного охлаждения. При воздушном охлаждении можно уменьшить потребность в охлаждающей воде на предприятиях на 60–75 % и, как следствие, объем сточных вод на
25–45 %. При этом также уменьшаются потери сырья, основных и побочных продуктов, снижаются капитальные затраты и эксплуатационные расходы на потребление воды и канализацию.
Экономии воды способствует комбинирование процессов, так как
жесткие связи по сырью между блоками установок позволяют устранить
промежуточное охлаждение продуктовых потоков, а избыточное тепло на
одном блоке утилизировать на других. Расход воды снижается при повторно-последовательном использовании охлаждающей воды как на от-
37
дельных технологических установках, так и на смежных установках и некоторых объектах общезаводского хозяйства. Особенно эффективно оно
в случае предварительной стабилизации свежей и оборотной воды против
выпадения и разложения солей жесткости или специальной химической
водоочистке свежей воды. Воду при этом можно нагревать до более высоких температур, так как накипь на трубах не образуется, а перед поступлением на градирню предварительно охлаждать с утилизацией тепла для
отопления помещений, теплиц или производства холода. При такой схеме
расход воды уменьшается в несколько раз.
С созданием крупных комплексов на нефтехимических предприятиях
сооружение локальных систем оборотного водоснабжения, канализации
и очистки сточных вод экономически выгодно. В этом случае снижаются
затраты на биологическую очистку сточных вод, улучшается контроль за
их качеством, сокращаются потери продуктов, уменьшается загрязненность окружающей среды. Экономически целесообразна децентрализация
оборотного водоснабжения на действующих заводах с подключением
к оборотным системам ограниченного числа технологических установок.
При рассредоточении оборотного водоснабжения и уменьшении объема
циркулирующей воды можно использовать герметизированные напорные
системы водооборота и канализации сточных вод.
Сточные воды с нефтепродуктами не следует смешивать со сточными
водами, содержащими вещества, способные образовывать трудно разрушаемые эмульсии, стойкую пену или увеличивать потери от испарения.
Оптимальное решение проблемы предотвращения загрязнения водоемов
и уменьшения дефицита воды – создание экономически рациональных замкнутых систем водного хозяйства предприятий.
Необходимость и целесообразность создания замкнутых систем производственного водоснабжения обусловлены тремя основными факторами:
– дефицитом пресной воды. На увеличение дефицита пресной воды
влияют не только непрерывный рост водопотребления, но и деградация
38
качества воды природных водоисточников в результате поступления в них
сточных вод;
– исчерпанием обезвреживающей (самоочищающей и разбавляющей)
способности водоемов, в которые сбрасываются сточные воды;
– экономическими преимуществами по сравнению с очисткой сточных вод до соответствующих нормативов, позволяющих их сброс в открытые водоёмы.
Создание экономически обоснованных замкнутых систем водного хозяйства является весьма трудной задачей. Сложный физико-химический
состав сточных вод, разнообразие содержащихся в них соединений и их
взаимодействие друг с другом делают невозможным подбор универсальной структуры бессточных схем, пригодных для применения в различных
отраслях народного хозяйства.
Вопросом первостепенной важности при создании замкнутых водооборотных систем является разработка научно обоснованных требований
к качеству воды, используемой во всех технологических процессах и операциях. В подавляющем большинстве технологических операций нет
необходимости в использовании воды питьевого качества.
Поэтому необходимо оценить допустимые пределы основных показателей качества воды, которые определяются следующими факторами:
– не должно ухудшаться качество получаемого продукта;
– должна обеспечиваться безаварийная работа оборудования; оно не
должно разрушаться вследствие коррозии, на стенках не должны появляться отложения;
– не влиять на здоровье обслуживающего персонала за счёт изменения токсикологических или эпидемиологических характеристик воды.
Исторически сложилось так, что при разработке технологических
схем на качество воды не обращали внимания. Питьевая и даже техническая вода в подавляющем большинстве случаев удовлетворяла технологов, а использованную воду просто сбрасывали в водоёмы и только позднее стали направлять на очистные сооружения.
39
Общими задачами при разработке замкнутых водооборотных систем
для всех отраслей народного хозяйства являются следующие:
– максимальное внедрение воздушного охлаждения вместо водяного,
на многих предприятиях на охлаждение расходуется до 70 % всей используемой воды;
– размещение комплекса производств на промышленной площадке
таким образом, чтобы было возможно многократно использовать воду
в технологических производствах;
– последовательное многократное применение воды в различных или
идентичных производствах должно приводить к образованию небольшого
объема максимально загрязненных сточных вод, для обезвреживания которых можно подобрать достаточно эффективные (и, как правило, дорогостоящие) методы очистки;
– использование воды для очистки газов только тогда, когда из газов
извлекаются ценные компоненты, применение воды для очистки газов от
твердых частиц допускается только в случае замкнутого цикла;
– обязательная регенерация отработанных кислот, щелочей и солевых
технологических растворов с извлекаемыми продуктами в качестве вторичного сырья.
При создании замкнутых водооборотных систем промышленных предприятий водоподготовка и очистка сточных вод должны рассматриваться
как единая система. Проектирование замкнутых систем проводится одновременно с проектированием основного производства.
При прямоточном водообеспечении вся забираемая из водоема вода,
пройдя все этапы технологического процесса, возвращается в водоем за
исключением безвозвратных потерь в производстве и потерь со шламом
на очистных сооружениях. Исходя из существующего технического уровня отраслей повторно используется 92–98 % воды. В отдельных производствах этот показатель достиг 100 %, т. е. воду используют многократно
без сброса загрязненных стоков в водоемы, а свежую воду добавляют
40